基于组态软件的锅炉温度监控

1、基于组态软件的锅炉温度监控系统设计摘 要本次设计以力控组态软件实时监控锅炉温度控制系统为背景，主要内容是用西门子S7-200 PLC和北京三维力控科技公司的全中文工控组态软件ForceControl6.1 设计锅炉温度监控系统。本文首先说明了自己对锅炉的认识并对锅炉的控制系统做了简单的介绍，然后又对西门子S7-200 PLC做了介绍，其中重点阐述了S7-200 PLC外观、技术数据、通讯方式、硬件接线图。对于软件部分，首先对ForceControl6.1组态软件做了详细说明，介绍了如何绘制组态图和动画的连接，然后又对西门子的编程软件step7 micro/win做了简单的说明，编写PLC语句表

2、。将软件和S7-200 PLC连接起来，来实现锅炉温度检测的功能，从而完成了整个毕业设计。关键词：锅炉温度，PLC，ForceControl6.1 目录前言3第1章 锅炉41.1 锅炉概述及温度控制41.1.1 锅炉概述41.1.2 锅炉的温度控制4第2章 西门子S7-20052.1 对S7-200的认识52.1.1 S7-200概述52.2 S7-200通讯5第3章 ForceControl6.163.1 力控介绍63.1.1 组态软件的概念63.1.2 力控的特点63.2 力控和S7-200的通讯7第4章 组态画面的绘制和动画连接84.1 组态画面的绘制84.1.1 力控集成环境84.1.

3、2 力控组态94.2 定义外设I/O连接104.3 定义数据库点及数据连接134.4动画连接14第5章 PLC自由口通讯155.1 自由口通讯155.1.1 通讯协议155.1.2 PLC程序执行155.2 串口调试16结论17参考文献18前 言随着我国工业的发展，组态软件是实现人机界面的好途径。我国有三维力控、组态王、通用组态等。力控监控组态软件是北京三维力控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端产品，是三维力控全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台。力控组态软件在秉承力控早

4、期产品成熟技术的基础上，对历史数据库、人机界面、I/O驱动调度等主要核心部分进行了大幅提升与改进，重新设计了其中的核心构件，力控6.1面向NET开发技术，开发过程采用了先进软件工程方法：“测试驱动开发”，产品品质将得到充分保证。与力控早期产品相比，力控6.1产品在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃。本文从理论上说明了一个被测物体（锅炉），PLC及计算机之间的连接，为今后走向工作岗位打下基础。4 第1章 锅炉1.1 锅炉概述及温度控制1.1.1 锅炉概述锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热

5、能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。 1.1.2 锅炉的温度控制锅炉汽包燃烧系统是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；温度过低又将破坏部分水冷壁的水循环不能满足工艺要求，严重时会发生锅炉爆炸。因此，在锅炉运行中，保证温度在正常范围是非常重要的在组态软件监控锅炉的正常运行下，维持汽温和汽压正常，均匀给水使锅炉保持正常水位，保持蒸汽品质合

6、格，保证锅炉出口烟温在正常温度。在工业现场有仪器仪表可以实时的查看锅炉的工作状态，在中央控制室内用组态软件也可以实时的查看锅炉的工作状态。现场和中央控制室的双重监控可以确保锅炉安全可靠的运行。保证了工业生产的稳定、可靠、安全。第2章 西门子S7-2002.1 对S7-200的认识2.1.1 S7-200概述S7-200是一种小型的可编程程序控制器，适用与各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比。它有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、

7、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块等。2.2 S7-200通讯PPI是西门子专为S7-200系列PLC开发的一个通讯协议。可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。波特率为 9.6kbit/s，19.2kbit/s和187.5kbit/s。 S7-200系列CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。利用PPI通讯协议进行通讯非常简单方便，只用 NETR和NETW两条语句即可进行数据信号的传递，不需额外再配置模块或软件。PPI通讯网络是一个令牌传递网，在不加中继器的情况下，最多可以由31个。图2-3 PPI通信5第3章 ForceControl6.13.1 力控介绍 3.1.1 组态软件

8、的概念组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。3.1.2 力控的特点方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量；高性能实时、历史数据库，快速访问接口在

9、数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次/秒；强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；强大的ACTIVEX控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性；全新的、灵活的报表设计工具：提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板；提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦”客户端方式来监控工业现场的解决方案；支持通过PDA掌上终端在Intern

10、et实时监控现场的生产数据，支持通过移动GPRS、CDMA网络与控制设备或其它远程力控节点通讯、支持控制设备冗余、控制网络冗余、监控服务器冗余、监控网络冗余、监控客户端冗余等多种系统冗余方式。3.2 力控和S7-200的通讯力控与西门子的通讯包括 PPI （一个pc串口对应一个200控制器、MODBUS RTU(标准MODBUS)、MPI、PROFIBUS、OPC。PPI：可用PPI直连电缆；也可采用西门子原装电缆，但是拨码开关要设置正确。先用MIRCO WIN设置搜索设置好200控制器的通讯参数，然后力控中直接定义设备即可。MODBUS RTU:确认 MICRO WIN中MODBUS 指令库

11、，主程序中设置好两个指令模块（参照力控驱动帮助。次协议采用485链路，并且只能用200控制器的PORT0，接线是3正 8负。MPI/PROFIBUS ：这个需要配合的硬件有CP5611卡，EM277模块,软件要用到STEP7和SIMATIC NET相关配置，详细设置参照力控帮助。OPC：西门子给S7-200 提供了一个OPC的通讯方式，相关软件 PC ACCESS。力控中定义一个OPC设备即可。当用自制的通讯电缆与S7-200通讯或者干扰源时，由于电平和阻抗不匹配，会干扰通讯质量，会出现超时。S7-200的编程软件MICRO WIN 不能和力控同时打开否则力控通讯不上。确定此PLC之前是否调试

12、过MODBUS通讯方式，如果是则将程序的前两个MODBUS配置指令删除。7 第4章 组态画面的绘制和动画连接4.1 组态画面的绘制4.1.1 力控集成环境开发系统（Draw）： 是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控其它程序组件等。界面运行系统（View）： 界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面。实时数据库（DB）：是数据处理的核心，构建分布式应用系统的基础。它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。I/O驱动程序： I/O驱动程序负责力控与I/O设备的通信。它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面

13、运行系统的画面上动态显示。网络通信程序（NetClient/NetServer）：网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上力控之间的数据通信。 开发系统（Draw）、界面运行系统（View ）和数据库系统（DB）都是组态软件的基本组成部分。Draw和View主要完成人机界面的组态和运行，DB主要完成过程实时数据的采集（通过I/O 驱动程序）、实时数据的处理（包括：报警处理、统计处理等）、历史数据处理等 串行通信程序（SCOMClient/SCOMServer）： 两台计算机之间，使用RS232C/422/485接口，可实现一对一的通信；如

14、果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机的通信。Web服务器程序（Web Server）：Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。控制策略生成器（StrategyBuilder）：是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件。提供包括：变量、数学运算、逻辑功能和程序控制处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。4.1.2 力控组态1、建立工程打开工程管理器，选择“新增应用”，在应用名称对话框中输入一个应用程序的名称 “dsj”，按“确定

15、”按钮。在工程列表中会出现新建的工程，单击该工程（或开发系统按钮）并进入组态，打开Draw，开始组态工作。如图4-1所示图4-1新建工程2.组态主画面如图4-2所示：图4-2主界面4.历史曲线界面如图4-3所示：图4-3历史曲线4.2 定义外设I/O连接在工程项目导航栏中双击“I/O”设备组态在弹出的窗口中点击“PLC”前面的“+”，再点击“SIIEMENS”前面的“+”，然后双击“S7-200（PPI），在弹出的画面中定义设备的名称及设备的地址号，如图4-4所示图4-4 I/O连接在图4-4的I/O配置向导中点击“下一步”，选择与I/O通讯的COM口（本例中是COM1）。如果有必要点击“高级

16、”，在弹出的画面中设置通讯参数，一般情况下为默认即可。如图4-5和4-6所示：图4-5 串口设置图4-6 参数设置在S7-200的编程软件中打开通讯端口，设置如下图4-7所示图4-7 S7编程界面然后在端口通信参数里设置端口0的站号为“2”，通信波特率为“9.6kbits”，如图4-8所示：图4-8 参数设置确认后把系统块的信息下载到S7-200从CPU中去。4.3 定义数据库点及数据连接在工程项目导航栏中，双击“数据库组态”启动组态程序DBMANAGER。启动DBMANAGER后出现DBMANAGER主窗口。单击菜单条的“点”选项新建或双击单元格，出现“请将指定区域，在“点名”输入框内键如点

17、名“temp”。其他参数如量程、报警参数等可以采用系统提供的缺省值。单击“确定”按钮返回，在点名单元格中增加了一个点名为temp。其他参数如数值、报警灯的设置同上。在前面创建了一个名为“PLC”的I/O设备，现在的问题是如何将已创建的4个点的PV参数值能显示当前的数据值。这个过程就是建立数据连接项的过程。由于数据库可以与多个I/O设备进行数据交换，所以必须指定哪些个I/O的哪个数据项设备建立数据连接。双击数据库中点temp的单元格，选择数据连接选项或双击所对的“数据连接”选项，然后在“设备”里选择PLC，单击“增加”按钮，出现4-9的对话框：图4-9 模拟I/O点设置寄存器地址：寄存器地址有唯

18、一性，不能与其他同类型寄存器的地址重复。最大值和最小值的设置根据水位信号的量程来设置，配置完以上数据就可以单击确定按钮完成设置了。接下来按照以上步骤设置完其他六个参数，其它配置都基本相同。4.4动画连接双击“切换到报表”出现如图4-10所示图4-10动画连接14第5章 PLC自由口通讯5.1 自由口通讯 5.1.1 通讯协议在自由口模式下，通信协议是由用户定义的。用户可以用梯形图程序调用接收中断、发送中断、发送指令（XMT）、接受指令（RCV）来控制通信操作。在自由口模式下，通信协议完全由梯形图程序控制。 5.1.2 PLC程序执行PLC在第一次扫描时执行初始化子程序，对端口及RCV指令进行初

19、始化。初始化完成后，运行RCV指令使端口处于接受状态。 RCV会将以"g"开头"G"结尾的指令保存到接收缓冲区，并同时产生接收完成中断。RCVcomplete中断服务程序用来处理接收完成中断事件，它会将接收缓冲区中的十六进制ASCII码还原成数据并保存，同时置位Verify子程序的触发条件（M0.1）。 -Verify子程序首先复位本身的触发条件以防止子程序被重复调用，然后求出接收缓冲区中指令的BCC校验码并与指令中的BCC校验码进行比对。如果相等则置BCC码校验正确的标志位（M0.0）为1；如果指令格式正确（指令的结束标志在接收缓冲区中特定的位置VB1

20、33）而BCC码不相等，则发送代表BCC校验码错误的反馈信息；如果指令格式不正确（VB133中不是指令的结束标志），则返回代表指令格式错误的反馈信息。Read子程序的触发条件为：指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为读指令、BCC检验码正确。当条件满足时，Read子程序被执行。Read子程序首先禁止RCV，然后将指令所要读取的数据转换成十六进制ASCII码并写入发送缓冲区、计算BCC检验码、最后发送反馈信息。Write子程序的触发条件为：指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为写指令、BCC检验码正确。当条件满足时，Write子程序被执行。Write子程序首先禁止RCV，然后将指令中的数

21、据写入目标寄存器，最后发送代表写入正确的反馈信息。PLC每接到一条指令后都会发送一条反馈信息，当反馈信息发送完成时，会产生发送完成中断，XMTcomplete中断服务程序用来处理发送完成中断事件。在XMTcomplete中断服务程序中所要执行的操作包括：复位BCC校验码正确的标志位（M0.0）；允许RCV；bcc码寄存器清零；重新装入用于计算BCC校验码的地址指针；接收缓冲区中存放指令结束字符的字节VB133清零（用来判断下一条指令格式是否正确）。 5.2 串口调试串口通讯因具有简单，组网方便的特点，在设备通讯中广泛使用。普通计算机中采用的是RS232通用通讯接口，通过此接口，计算机简单方便地与外围设备进行通讯。在单片机控制领域，设备与设备之间的通讯常用串行通讯方式，常采用的硬件通讯网络为RS485/RS422/RS232等。在设备开发或设备维护过程中，常常需要对设备通讯过程进行数据检测，用于判断通讯是否正常。实现这个调试过程，需要计算机通讯软件对通讯过程进行监控，数据采集，进行数据分析。因此对串口